Erster Hochtemperatur-Einzelmolekülmagnet Wissenschaft / Richard Layfield
In der heutigen digitalen Welt besteht eine der dringendsten technologischen Anforderungen darin, mehr und effizientere Wege zum Speichern und Verarbeiten digitaler Informationen zu finden.
Eine kürzlich erfolgte bahnbrechende Entdeckung des weltweit ersten Hochtemperatur-Einzelmolekülmagneten SMM öffnet Türen für zukünftige aufregende Entwicklungen bei der massiven Erhöhung der Speicherkapazität von Festplatten, ohne deren physikalische Größe zu erhöhen.
Vor der Veröffentlichung der Studie Magnetische Hysterese bis zu 80 Kelvin in einem Dysprosium-Metallocen-Einzelmolekülmagneten unter der Leitung von Professor für Chemie Richard Layfield an der Universität von Sussex In England war es nur möglich, Einzelmolekülmagnete mit Blockiertemperaturen zu synthetisieren, die durch Abkühlen mit beträchtlich teurem und knappem flüssigem Helium erreicht wurden.
Das Team an der University of Sussex in Zusammenarbeit mit Sun-Yat Sen Universität in China und der Universität Jyväskylä In Finnland wurde über einen neuen Einzelmolekülmagneten SMM berichtet, bei dem es sich um eine Art Material handelt, das magnetische Informationen bis zu einer charakteristischen Blockiertemperatur speichert.
In dem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Wissenschaft , Die Wissenschaftler erklären, wie sie das erste SMM mit einer Blockiertemperatur über 77 K, dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff, der sowohl billig als auch leicht verfügbar ist, erfolgreich entworfen und synthetisiert haben.
"Einzelmolekülmagnete sind fest in der Flüssig-Helium-Temperatur verankert –196 ° C Regime seit über einem Vierteljahrhundert. Nachdem wir zuvor einen Entwurf für die molekulare Struktur eines Hochtemperatur-SMM vorgeschlagen hatten, haben wir unsere Entwurfsstrategie jetzt auf ein Niveau verfeinert, das den Zugang zum ersten derartigen Material ermöglicht ", so Professor Richard Layfieldsagte.
SMMs sind Moleküle mit der Eigenschaft, sich an die Richtung eines Magnetfelds zu erinnern, das nach dem Ausschalten des Magnetfelds über relativ lange Zeiträume an sie angelegt wurde. Dies ermöglicht Informationen in Moleküle schreiben.
"Unser neues Ergebnis ist ein Meilenstein, der ein großes Hindernis für die Entwicklung neuer molekularer Informationsspeichermaterialien überwindet, und wir freuen uns über die Aussichten, das Feld noch weiter voranzutreiben", sagte Professor Layfield.
Erster Hochtemperatur-Einzelmolekülmagnet
Laut Abstract können Einzelmolekülmagnete SMMs, die nur ein Metallzentrum enthalten, die untere Größengrenze für molekülbasierte magnetische Informationsspeichermaterialien darstellen. Derzeit benötigen alle SMMs eine Flüssig-Helium-Kühlung, um magnetische Speichereffekte zu zeigen.
Die Wissenschaftler berichten über eine chemische Strategie für den Zugang zum Dysprosiummetallocenkation, die eine magnetische Hysterese über den Temperaturen von flüssigem Stickstoff zeigt. Zusammenfassung , t die magnetische Blockiertemperatur von T B = 80 K für dieses Kation überwindet eine wesentliche Barriere für die Entwicklung von Nanomagnetvorrichtungen, die bei praktischen Temperaturen funktionieren.
Molekularmagnetismus verstehen
Neue Erkenntnisse aus Berechnungen
Die neue Dysprosiummetallocen-Verbindung ist der Höhepunkt mehrjähriger wissenschaftlicher Forschung. Laut den Wissenschaftlern erforderte das Projekt die Entwicklung neuer Ansätze in der metallorganischen Lanthanoidchemie sowie tiefe Einblicke in die Beziehung zwischen der mikroskopischen elektronischen Struktur und dem MagnetenEigenschaften der untersuchten Systeme.
"Berechnungsmethoden, die auf der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie basieren, spielen eine wichtige Rolle bei der Charakterisierung und dem Design neuer Einzelmolekülmagnete. Die heute verfügbaren großen Rechenressourcen haben es beispielsweise ermöglicht, die Wechselwirkung zwischen Kristallschwingungen und zu klärendie elektronische Struktur von Molekülen, die in der vorliegenden Arbeit untersucht wurden ", erklärt der Postdoktorand Akseli Mansikkamäki vom Fachbereich Chemie der Universität Jyväskylä.
Technologische Anwendungen für den Einzelmolekülmagneten SMM
Einzelmolekülmagnete haben das Potenzial für wichtige Anwendungen wie digitale Speichermedien mit hoher Dichte sowie Teile von Mikroprozessoren in Quantencomputern. Praktische Anwendungsentwicklungen haben bisher Herausforderungen gefunden, da Einzelmolekülmagnete nur bei extrem niedrigen Temperaturen betrieben werden können.
Laut der Forschung verschwinden ihre intrinsischen Gedächtniseigenschaften oft, wenn sie mehr als ein paar Grad über den absoluten Nullpunkt -273 ° C erhitzt werden. Das erste SMM kann dies jedoch ändern und Fortschritte beim Quantencomputing ermöglichen.
Quantencomputer sind Computer, die quantenmechanische Phänomene wie Überlagerung, Verschränkung und Interferenz verwenden.
Quantencomputer und Quantenmechanik erklärt durch Dr. Talia Gershon von IBM, Senior Manager, Quantum Research
Ein Update auf Quantencomputern 2018 von Futurist und Autor Christopher Barnatt
Laut Christopher Barnatt könnte Intel mit der Zeit winzige Quantenprozessoren herstellen, die Tausende oder Millionen Qubits enthalten. "Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroprozessoren müssen diese immer noch super kalt bis fast absolut Null sein", sagt Barnatt.
britisch-finnisch-chinesische Zusammenarbeit
Der Einzelmolekülmagnet, der in der Zukunft des Quantencomputers eine so wichtige Rolle spielen wird, war das Ergebnis der koordinierten Bemühungen von drei Universitäten.
Die synthetische Arbeit und Charakterisierung der hergestellten Verbindungen wurde von der Forschungsgruppe von Professor Layfield durchgeführt, während magnetische Messungen an der Sun Yat-sen-Universität unter der Leitung von Professor Ming-Liang Tong durchgeführt wurden. Der Postdoktorand Akseli Mansikkamäki führte theoretische Berechnungen und Analysen durcham Institut für Chemie der Universität Jyväskylä.
Die Studie bietet auch Einblicke und eine Roadmap zur weiteren Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von SMMs und zur Annäherung aufregender technologischer Anwendungen einschließlich des Quantencomputers an die Realität.